永泰縣顆粒物分布特征及影響因素分析

邱黎清

（福州市永泰環境監測站，福建 福州 350000）

永泰縣被稱為“靈山秀水”，并享有“中國天然氧吧”“中國溫泉之鄉”等美譽，總體環境質量優良，但2018年、2019年、2021年均出現顆粒物超標導致環境空氣輕度污染。各年份PM2.5、PM10負荷率之和均為50.0%左右[1]，可見顆粒物濃度對永泰空氣質量影響重大，這主要是近年來永泰縣道路改造、房地產開發、私家車保有量增加等在相當程度上增加了顆粒物來源。

1 分析方法

本文以永泰縣上馬路、城南小學空氣自動站監測數據為基礎，剔除異常數據后進行分析。利用EXCEL軟件分析顆粒物分布特征，同時運用SPSS軟件對顆粒物與其它大氣污染物、顆粒物與氣象條件之間相關性分析。除顆粒物年變化特征采用2017～2021年監測數據作比較，其余部分均以2021年監測數據為研究對象。

2 結果與討論

2.1 顆粒物年變化特征

2017～2021年，永泰縣PM2.5、PM10年均值范圍分別為17～20 μg/m3、37～46 μg/m3，均達到《環境空氣質量標準》GB3095-2012二級標準，尤其是2020年、2021年PM10年均值達到一級標準（見圖1）。整體來看，2021年較2017年，PM2.5、PM10年均值均有降低，降幅分別為5.0%、9.3%。PM2.5/PM10（以下簡稱P值），各年變化范圍為0.37～0.51，2021年較2017年，上升4.3%，這主要由于PM10的降幅超過PM2.5，與近年來永泰縣重視環境空氣質量，制定“大氣污染防控行動計劃”，推出“建筑工程施工揚塵防治方案”等密切相關。

圖1 顆粒物濃度及P值各年度變化趨勢

2.2 顆粒物季節變化特征

如圖2，永泰縣不同季節PM10、PM2.5濃度大小順序均為：冬季（12～2月）>春季（3～5月）>秋季（6～8月）>夏季（9～11月）。可能原因是夏季大氣對流強且降水量大，良好的擴散條件與沖刷稀釋作用降低了顆粒物濃度，同時高溫削減工地施工強度，從源頭上減少顆粒物產生；而冬季易形成逆溫層，污染物容易累積，且福州冬季盛行東北季風，北方污染物易隨風影響永泰。P值從大到小為：冬季>秋季>春季>夏季，除冬季P值超過0.5，其余季節均小于0.5，說明永泰縣冬季PM2.5對PM10濃度貢獻較PM2.5-10大，污染程度較重，這多是由于冬季大氣層穩定，易導致粒子老化，提高PM2.5濃度。春季、夏季P值低可能由于生物源增多導致PM2.5-10占比[2]。

圖2 PM10、PM2.5濃度與P值不同季節的變化趨勢

2.3 顆粒物日變化特征

PM10時均值變化呈雙峰型（見圖3）。10時、20時出現峰值，5時、15時出現谷值，這與人類活動、氣象要素等關系緊密。如凌晨是休息時間，PM10處于低值區，5時后，人為活動開始逐漸增加，包括交通高峰、生產、生活等，PM10隨之升高。臨近中午時段，氣溫較高、大氣對流強，擴散條件佳，PM10濃度隨之下降。之后太陽輻射減弱、擴散條件變差、晚高峰出現，PM10濃度再次提升。20時后，人類活動減少，PM10濃度再次下降。PM2.5濃度變化與PM10相似，但由于濃度區間范圍僅為16～23 μg/m3，因此日變化曲線較為平緩，從趨勢看，可知其也與人類活動及氣象條件等相關。

圖3 PM10、PM2.5濃度與P值小時變化趨勢

從日變化看，P值日均值為0.50，PM2.5與PM2.5-10對PM10濃度的影響力基本持平。早晚高峰，P值變化趨勢完全不同：早高峰6～9時，P值下降；17～19時為晚高峰，P值上升。這可能是由于，早高峰時段車輛行駛導致二次懸浮的PM2.5-10在空氣中的比例上升[3]，而晚高峰時段主要受汽車尾氣及居民做飯、餐飲店排放的油煙等共同影響導致PM2.5占比上升，從而使早晚高峰期P值呈現相反的變化趨勢。在中午前后，P值有所上升，并基本維持在0.49左右，這可能由于中午太陽輻射增強，光化學反應加快，PM2.5生量增加。

3 顆粒物與氣象條件的相關性

如表1所示，全年來看，顆粒物與氣溫、濕度均為負相關。濕度主要通過促進顆粒物凝聚水分，增加重量，加大沉降速率，導致其濃度降低。氣溫則通過升溫，提高分子間運動速率，使大氣擴散條件變佳，從而降低顆粒物濃度。從不同季節看，夏季顆粒物與氣溫呈正相關，主要考慮由于太陽輻射強、氣溫高提升了光化學反應速率，有利于生成二次粒子。秋季顆粒物與相對濕度無顯著相關性，可能受其它氣象條件或秸稈燃燒等因素影響，削弱了二者的負相關性。從表2也可以看出，當氣溫[4.3 ℃，30 ℃），相對濕度[50%，98.3%]時，各區間范圍內的顆粒物均值隨氣溫、相對濕度的升高而降低。當氣溫從[25 ℃，30 ℃）上升至[30 ℃，32.1 ℃]，相對濕度從[50%，60%）下降至[42.3%，50%），顆粒物均值大小變化趨勢與二者相同，這可能由于樣本數量少造成統計誤差，也可能受其它氣象要素或排放源變化等影響。

表1 PM10、PM2.5與氣溫、濕度相關系數匯總

表2 氣溫、濕度不同取值范圍內顆粒物均值及樣本個數

4 PM10、PM2.5與SO2等大氣污染物的相關性

表3可知，PM2.5與PM10全年及各季節日均濃度均顯著相關，特別是春、秋兩季及全年二者相關系數均為0.9左右，說明二者來源可能相同。從全年看，SO2與顆粒物相關性最弱。可能原因是SO2主要通過非均相與均相反應，形成硫酸鹽提升顆粒物濃度[4]，而永泰縣SO2濃度長期處于低值，年均值僅為5 μg/m3，對顆粒物貢獻較小。PM2.5、PM10與CO的相關系數范圍為0.3～0.5，表明PM2.5、PM10與CO的同源性較低。NO2與顆粒物呈中度相關，這與汽車尾氣排放的NOX有關，NOX是產生二次粒子的重要前體物，對顆粒物具有一定貢獻。O3與顆粒物呈正相關，這可能是O3與顆粒物均受二次污染物影響，且O3可提升大氣氧化能力，利于二次粒子轉化，從而提高PM2.5濃度[5]。分季節看，污染物各季節的相關系數均有差異，多是受氣象條件、污染物排放源、外來傳輸程度不同等影響。如夏季受氣溫、日照等影響，光化學反應強烈；秋季易受生物質燃燒影響；春季考慮自然源作用；冬季則與外來污染物、燃放煙花爆竹、逆溫層等有關。

表3 PM2.5、PM10與其它四項大氣污染物間的相關系數匯總

5 空氣污染日分析

以2021年2月11日15時至12日15日的監測數據為研究對象，11日為除夕，根據傳統習慣，燃放煙花爆竹一般會集中出現在11日夜間至12日凌晨。期間PM2.5、SO2最高值出現在2月12日2時，分別為755 μg/m3、62 μg/m3，PM10峰值出現在2月12日3時，為610 μg/m3（見圖4）。污染物高值與燃放爆竹的時間相符，由此可判斷本次污染類型為突發型[6]。日均P值為0.76，尤其在AQI>100的時段，PM2.5與PM10濃度甚至出現倒掛，P值均值為0.92，遠高于永泰縣年均值，可見煙花爆竹產生PM2.5居多。分站點看，城南小學與上馬路站顆粒物變化趨勢相似，12日上馬路AQI（162）>城南小學AQI（114），上馬路P值（1.08）>城南小學P值（0.90）。兩站點呈現上述差異，主要由于城南小學附近有大片農田，且周邊多為低矮民房，而上馬路高層建筑居多。就擴散條件而言，城南小學站優于上馬路站，但城南小學較優的環境條件并不足以有效降低顆粒物對城區空氣帶來的負面影響，12日兩個站點的空氣質量均屬于輕度污染。從氣象條件看，當日風力一級，無降水，氣溫15.6 ℃，相對濕度83.2%。由前文可知，濕度高可降低顆粒物濃度，低溫不易使顆粒物擴散，但考慮此次為突發型污染，氣溫與濕度對顆粒物影響較小。相關研究表明，風速具有稀釋擴散和輸送大氣污染物的作用，一般情況，高風速能有效促進顆粒物擴散[7]；降水通過濕沉降作用降低顆粒物濃度，降水日顆粒物濃度較零降水日低30%以上[8]，而12日的降水量、風速均處于低值，可見就永泰城區而言，短時燃放煙花爆竹，在無降水、低風速等不利氣象條件下，空氣質量超標風險高，需做好大氣污染防治工作。

圖4 2021年2月11日15時至12日15時，SO2、PM10、PM2.5濃度及P值趨勢變化

6 結語

（1）與2017年相比，2021年永泰縣PM2.5、PM10年均值降低，P值升高，主要源于顆粒物相關防治措施得以實施，且PM10的降幅大于PM2.5。不同季節PM10、PM2.5濃度從大到小均為：冬季>春季>秋季>夏季，P值為：冬季>秋季>春季>夏季，冬季污染程度較高。PM2.5、PM10日變化趨勢呈雙峰型，PM2.5、PM2.5-10對PM10的貢獻相當。

（2）從全年看，氣溫、濕度與顆粒物均呈負相關，SO2、NO2、CO、O3分別與PM2.5、PM10，PM2.5與PM10之間均呈正相關。其中PM2.5、PM10高度相關，二者來源可能相同；SO2與顆粒物相關性最弱，對顆粒物貢獻不大；顆粒物與CO具有較低同源性；NO2主要通過汽車尾氣影響顆粒生成；顆粒物與O3正相關，源于O3氧化能力強，利于二次顆粒物產生。不同季度各要素間相關系數有差異，多是受氣象條件、污染物排放源、外來輸入程度不同等影響。

（3）春節期間短時間燃放煙花爆竹產生的顆粒物，在不利氣象條件下，易致空氣質量超標，應及時采取污染防治措施。

建議督促工地嚴格落實“六個100%”，建立揚塵污染日常巡查機制，并運用揚塵在線監控系統，對城區工地實行差異化監管，有效防治工地揚塵污染；推進相關車輛加裝定位系統，確保平車出場，科學規劃行駛時間與路線，避免或減少渣土車途經縣中心城區。同時化城市道路保潔工作。做好重點區域保潔作業，確保道路干凈、無揚塵，特別是容易出現揚塵污染的時間段，應增加主次干道沖洗頻次，同時重視環衛工人管理，嚴禁焚燒垃圾行為。還要強餐飲油煙污染整治。合理規劃城區餐飲經營區，在集中區域設置專用煙道，配套建設油煙凈化設施，確保油煙達標排放，同時嚴禁露天燒烤行為。積極做好禁燃限放煙花爆竹宣傳工作，維護“永泰藍”。